第15章

技術成熟度及其預測創(chuàng)新設計研究所主要內(nèi)容產(chǎn)品技術成熟度產(chǎn)品技術成熟度預測方法案例分析15-1產(chǎn)品技術成熟度1.產(chǎn)品進化過程從產(chǎn)品結構變化來看產(chǎn)品進化過程一般是一個漸變與突變交替進行的過程。如圖15.1所示15-1產(chǎn)品技術成熟度2.產(chǎn)品技術成熟度的定義時間嬰兒期成長期性能參數(shù)成熟期退出期時間系統(tǒng)主參數(shù)產(chǎn)品進化的S-曲線產(chǎn)品進化的分段線性S-曲線產(chǎn)品技術成熟度是某一產(chǎn)品在該類產(chǎn)品進化過程中所處的階段3.產(chǎn)品技術生命周期各階段特點（1）嬰兒期特點系統(tǒng)的原理是全新的，但是由于技術瓶頸導致的有限的實用性而沒有進入市場，如DNA存儲技術，限于目前的制造水平，成果過高；系統(tǒng)吸收了其他系統(tǒng)的元件，結合了已在市場中占主導地位的系統(tǒng)。如燃料電池汽車；成本大于收益，甚至沒有收益。15-1產(chǎn)品技術成熟度15-1產(chǎn)品技術成熟度嬰兒期戰(zhàn)略識別和消除阻礙工程系統(tǒng)市場化的瓶頸，在根原因分析基礎上，解決系統(tǒng)存在的問題；與現(xiàn)有主流系統(tǒng)集成，適應已存在的基礎設施和資源，如第一輛汽車；嬰兒期前期對系統(tǒng)的修改甚至可以包括工作原理的變化，后期不再涉及原理的變化；與競爭系統(tǒng)相比，新系統(tǒng)應在在優(yōu)勢和劣勢明顯占優(yōu)的領域發(fā)展，在投放市場時，所有參數(shù)都必須是可以接受的，其中至少一個是一流的；確定新系統(tǒng)物理極限和超系統(tǒng)發(fā)展極限是必要的，這是判定其為已有系統(tǒng)替代性技術的依據(jù)。

15-1產(chǎn)品技術成熟度（2）成長期特點系統(tǒng)進入批量生產(chǎn)階段，前期更有效但成本更高的解可以接受，隨著需求增加，生產(chǎn)規(guī)模化，規(guī)模效應會降低成本；因為知識產(chǎn)權保護和市場競爭的需要，本階段前期市場中同類產(chǎn)品種類差異化逐漸增大，后期經(jīng)過長期的技術選擇，只有一種或少數(shù)集中成為主流；技術系統(tǒng)開始在不同領域應用，如計算機和閃存技術。；為了更好地實現(xiàn)主功能，技術系統(tǒng)集成了與主功能密切相關的輔助功能；由于受技術系統(tǒng)的影響，超系統(tǒng)元素反向適應工程系統(tǒng)。如交通系統(tǒng)適應車輛系統(tǒng)；工程系統(tǒng)開始消耗與其相關的特定資源，更多產(chǎn)品開始支持工程系統(tǒng)，因為市場證明了其盈利能力。15-1產(chǎn)品技術成熟度成長期戰(zhàn)略實現(xiàn)最優(yōu)化是改進系統(tǒng)的最基本方法；使技術系統(tǒng)適應新領域或新應用；盡可能找到技術系統(tǒng)固有的缺陷。15-1產(chǎn)品技術成熟度（4）成熟期特點工程系統(tǒng)消耗很多高度專業(yè)化的資源，如圍繞汽車形成了制造、維修、改裝等復雜產(chǎn)業(yè)鏈；許多超系統(tǒng)組件設計與該系統(tǒng)適應，如手機；工程系統(tǒng)需要與主功能幾乎無關的附加功能，如汽車上集成音響、通訊設備等。技術系統(tǒng)發(fā)展遇到了瓶頸，如光柵測量的精度決定于光的波長。15-1產(chǎn)品技術成熟度成熟期戰(zhàn)略短期和中期：降低成本、開發(fā)服務組件、提高美學設計；長期：出于突破極限、解決沖突的目的應尋找現(xiàn)有主功能的替代性實現(xiàn)原理；進一步裁剪或與替代系統(tǒng)或其他技術系統(tǒng)集成而成為新系統(tǒng)的一部分；尋找處于早期階段的關鍵性能參數(shù)進行開發(fā)或采用顛覆性創(chuàng)新（也稱為破壞性創(chuàng)新）技術，尋找新的產(chǎn)品價值。

服務組件：定時器自動點火烤箱窗口空氣過濾烤箱燈自清潔15-1產(chǎn)品技術成熟度（5）退出期特點由于替代系統(tǒng)進入成長期或超系統(tǒng)變化，導致工程系統(tǒng)主功能正在失去用途，成為娛樂性、裝飾性、玩具或運動裝備。工程系統(tǒng)成為超系統(tǒng)的一部分。15-1產(chǎn)品技術成熟度退出期戰(zhàn)略尋找還具有競爭力的領域，其余同成熟期。特例-再生①由于新技術或新材料的出現(xiàn)；②有了新的應用環(huán)境15-1產(chǎn)品技術成熟度4.產(chǎn)品技術成熟度預測的意義（1）產(chǎn)品技術成熟度是企業(yè)制定戰(zhàn)略的重要參考尺度當前產(chǎn)品技術成熟度預測優(yōu)化現(xiàn)有技術尋找替代技術改善S-曲線轉向新的S-曲線產(chǎn)品處于嬰兒期或成長期產(chǎn)品處于成熟期或退出期尋找破壞性技術轉向新價值或新市場漸進性創(chuàng)新激進性創(chuàng)新破壞性創(chuàng)新15-1產(chǎn)品技術成熟度（2）產(chǎn)品技術成熟度是進行技術貿(mào)易的重要參考尺度時間嬰兒期成長期成熟期退出期風險價格獲利能力15-1產(chǎn)品技術成熟度（3）產(chǎn)品技術成熟度預測可以幫助企業(yè)尋找自身差距性能（或技術能力）時間相對水平絕對水平t技術成熟度技術極限今天15-2產(chǎn)品技術成熟度預測的方法定性分析形狀分析法直接預測S-曲線法間接預測Altshuller模式DarrellMann模式TMMS模式15-2產(chǎn)品技術成熟度預測方法1.應用S-曲線法預測產(chǎn)品技術成熟度的步驟預測步驟如下：

選定待預測產(chǎn)品的性能指標收集性能歷史數(shù)據(jù)確定（估計）目標性能指標的極限F選擇合適的數(shù)學模型對歷史數(shù)據(jù)進行擬合根據(jù)擬合的曲線判斷產(chǎn)品技術成熟度時間性能新產(chǎn)品概念能夠工作能夠正常工作工作性能最大化工作效率最大化可靠性最大化成本最小化成熟產(chǎn)品15-2產(chǎn)品技術成熟度預測方法1.常用S-曲線數(shù)學模型常用的S曲線模型如下：（1）玻爾曲線以及各種在此基礎上的變型：Pearl模型BlackMan模型Floyd模型Sharif-kabir模型（2）崗帕茲曲線(B.Compertz)（3）概率分布曲線常用正態(tài)分布（4）多項式曲線一般采用三次以上的曲線上述各種數(shù)學模型中，f為性能值，F(xiàn)為f無限逼近的極限值。15-2產(chǎn)品技術成熟度預測方法2.專利分析法據(jù)世界知識產(chǎn)權組織（WIPO）統(tǒng)計，專利覆蓋了全球研究成果的90％～95％，而且其中80%并未記載在其他雜志期刊中，專利信息蘊涵巨大的戰(zhàn)略價值。研究關于某種產(chǎn)品技術或某個技術的專利所支持的技術性能，其增長應該符合S-曲線規(guī)律。15-2產(chǎn)品技術成熟度預測方法2.1Altshuller模式（1）基本原理四關系曲線算子

（FRCO）

性能專利等級專利數(shù)量(a)(c)(b)獲利能力(d)15-2產(chǎn)品技術成熟度預測方法（2）專利數(shù)量專利數(shù)量分析是要統(tǒng)計與所研究的產(chǎn)品進化相關的所有有效專利的數(shù)量，按照以下過程分析：

定義競爭環(huán)境定義技術系統(tǒng)專利名稱檢索IPC檢索剔除不相關的專利15-2產(chǎn)品技術成熟度預測方法（3）專利等級對某個產(chǎn)品的所有專利進行分級，關鍵是首先確定標志性專利，標志性專利代表了產(chǎn)品技術進化的關鍵節(jié)點，引起系統(tǒng)結構和性能的較大變化。標志性專利具有以下特征：

一種物理的、化學的或幾何的效應被首次用于該產(chǎn)品；

一種新功能的首次實現(xiàn)；

技術的引入使該產(chǎn)品進入新的應用領域或進入新的細分市場；

一種新結構或新工藝被首次應用到該產(chǎn)品；

其它能夠大幅提高產(chǎn)品性能的設計。

15-2產(chǎn)品技術成熟度預測方法（4）獲利能力技術系統(tǒng)的獲利能力可以用多種指標來大致衡量，如單位時間內(nèi)產(chǎn)品的銷售利潤，單位時間內(nèi)的銷售數(shù)量，單位時間內(nèi)平均單機（件）利潤等等。不同類型的產(chǎn)品應該通過不同的指標來衡量，必須符合該種產(chǎn)品、企業(yè)和行業(yè)的特點。獲利能力應該是市場中該類產(chǎn)品一定時期內(nèi)總消費范圍內(nèi)的平均獲利，所以可以利用一些行業(yè)的公報來獲取數(shù)據(jù)。但對于產(chǎn)品市場占有額有一定比例的企業(yè)可以利用本企業(yè)的銷售情況來代替。因為受市場波動等客觀因素的影響，企業(yè)或行業(yè)的銷售量或利潤（率）等都不一定能夠準確反映技術的獲利能力。另外考慮貨幣貶值等因素，為了使數(shù)據(jù)具有可比性，要把企業(yè)獲利能力按照一定標準折算到同一年。再是涉及商業(yè)機密等原因，這方面的數(shù)據(jù)獲得比較困難。15-2產(chǎn)品技術成熟度預測方法案例1：滾筒型紡紗機技術成熟度預測15-2產(chǎn)品技術成熟度預測方法2.2DarrellMann模式DarrellMann重點研究了兩類專利：（1）降低成本的專利（CostReductionrelatedPatents，CRRP）。是指能夠使產(chǎn)品的成本降低，從而使產(chǎn)品的市場價格降低的專利。如對設計的簡化、低成本材料的使用、生產(chǎn)和裝配技術的改進等。（2）彌補缺陷的專利（SymptomCuringPatents，SCP）。是指通過引入補充技術、結構或方法來彌補專利所指向的技術中所存在的缺陷，以在不致對技術系統(tǒng)作出太多改變的前提下提高技術性能。如為了降低噪音而為系統(tǒng)添加一個消音裝置。時間嬰兒期成長期成熟期消退期兩種特殊專利數(shù)量

降低成本的專利彌補缺陷的專利壓縮機專利分布15-2產(chǎn)品技術成熟度預測方法2.3TMMS模式檢索專利數(shù)據(jù)篩選專利數(shù)據(jù)專利分級和分類專利匯總統(tǒng)計生成曲線圖技術成熟度預測預測結論評價15-2產(chǎn)品技術成熟度預測方法蝶閥技術成熟度預測本章小結產(chǎn)品技術成熟度是衡量產(chǎn)品技術自身發(fā)展?jié)摿Φ闹匾笜耍瑢ζ髽I(yè)改進產(chǎn)品，制定戰(zhàn)略具有重要意義。產(chǎn)品技術生命周期各階段特點產(chǎn)品技術成熟度預測方法S-曲線法Altshuller模式DarrellMann模式TMMS模式謝謝！第16章技術系統(tǒng)進化定律與進化路線TRIZ系統(tǒng)化創(chuàng)新主要內(nèi)容概述技術系統(tǒng)進化定律與進化路線技術系統(tǒng)進化的四個階段技術系統(tǒng)進化理論的應用案例16-1概述根據(jù)大量專利的分析，1975年，Altshuller首次提出八條技術系統(tǒng)進化定律，并分為三組：進化的靜力學完整性定律能量傳導定律（縮短能量流路徑長度定律）增加協(xié)調(diào)性定律進化的運動學提高理想化水平定律子系統(tǒng)進化不均衡定律向復雜系統(tǒng)進化定律（向超系統(tǒng)進化定律）進化的動力學從宏觀向微觀系統(tǒng)進化提高動態(tài)性定律增加物質(zhì)-場作用定律（提高可控性定律）16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線1.完整性定律該定律是指一個完整系統(tǒng)至少包含執(zhí)行、傳動、能源和操作控制四個部分。能源能源裝置傳動裝置執(zhí)行裝置產(chǎn)品控制裝置16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線2.縮短能量流路徑長度定律（1）減少能量傳遞的級數(shù)：①減少不同能量形式間的轉換次數(shù)。②減少同種能量參數(shù)的轉換次數(shù)。（2）增加能量的可控性。能量可控性從低到高：萬有引力形成的勢能、機械能、熱能、電磁能。（a）蒸汽機車的效率5%-15%化學能→熱能→壓力能→機械能（b）內(nèi)燃機車的效率30%-50%化學能→壓力能→機械能（c）電力機車的效率65%-80%電能→機械能16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線3.增加和諧性定律實際運行中的系統(tǒng)的主要部件或子系統(tǒng)都要互相配合、和諧工作，這是系統(tǒng)產(chǎn)生規(guī)定運動或動作基本保證。功能、結構、參數(shù)、材料、形狀、尺寸、表面特性、節(jié)拍、頻率、執(zhí)行順序子系統(tǒng)（元件）系統(tǒng)其它子系統(tǒng)（元件）環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)性的涉及的內(nèi)容16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線進化路線3-1:頻率協(xié)調(diào)進化路線

16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線進化路線3-2:形狀協(xié)調(diào)進化路線（1）表面形態(tài)復雜化進化路線

16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線（2）幾何形狀復雜化進化路線16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線（3）內(nèi)部結構復雜化進化路線16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線4.增長動態(tài)性定律進化路線4-1:

系統(tǒng)結構柔性化進化路線剛性系統(tǒng)單鉸鏈系統(tǒng)多鉸鏈系統(tǒng)柔性系統(tǒng)流體連接系統(tǒng)場連接系統(tǒng)（a）（b）（c）單扇雙扇折疊卷簾氣簾光鎖剛性鉸接的桿多鉸接的換向器柔性換向器液力助力轉向機構電動轉向機構16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線4.增長動態(tài)性定律進化路線4-2:增加系統(tǒng)狀態(tài)進化路線進化路線4-3:增加系統(tǒng)狀態(tài)進化路線單態(tài)系統(tǒng)多態(tài)系統(tǒng)連續(xù)狀態(tài)變化系統(tǒng)被動適應系統(tǒng)分級適應系統(tǒng)自適應系統(tǒng)（a）（b）車身質(zhì)量m2懸架質(zhì)量m1kc車身質(zhì)量m2車身質(zhì)量m2懸架質(zhì)量m1懸架質(zhì)量m1kcckF(I,V)x2x1qktktktqqx1x1x2x2被動懸架半主動懸架主動懸架螺旋彈簧液壓減震器輪胎16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線進化路線4-4:增強系統(tǒng)可移動性進化路線（a）（b）不可動系統(tǒng)部分可動系統(tǒng)高度可動系統(tǒng)整體可動系統(tǒng)16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線5.增加可控性定律進化路線5-1：增加物質(zhì)-場的作用普通制劑溶解過程貯庫型緩釋片、控釋片結構（1）（2）藥物緩釋劑與控釋劑的進化藥物水擴散溶解貯庫型緩釋劑和控釋劑溶解過程藥物半透膜水小孔控制通過阻止容納滲透連通16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線進化路線5-2：向自適應控制進化（a）（b）直接控制間接控制反饋控制自適應控制老式路燈開關控制聲控、光控光感調(diào)節(jié)亮度手動控制半自動控制自動控制進化路線5-3：向自動控制進化

16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線6.向微觀系統(tǒng)進化定律目前微觀系統(tǒng)的應用主要體現(xiàn)在以下兩方面：（1）微觀系統(tǒng)或結構用于實現(xiàn)宏觀結構或系統(tǒng)所完成的功能。如電化學加工是采用分子之間的相互作用完成加工，即用分子加工代替在力的作用下傳統(tǒng)刀具直接加工工件。（2）微觀結構控制宏觀結構的特性及行為。如變色鏡的原理：光線與鹵化銀的離子相互作用產(chǎn)生鹵化物原子與電子，電子與銀的離子結合產(chǎn)生銀原子。銀原子積聚阻礙光線的穿透，使鏡片變黑。16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線進化路線6-1:物體分割路線16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線7.提高理想化水平定律進化路線7-1:裁剪子系統(tǒng)路線裁剪傳輸裝置裁剪動力裝置裁剪控制裝置裁剪執(zhí)行裝置16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線8.子系統(tǒng)的非均衡發(fā)展應用“子系統(tǒng)非均衡發(fā)展”定律的建議步驟如下：確定系統(tǒng)中的不同子系統(tǒng)及其功能；選擇與改進目標相關的子系統(tǒng)，提出改進該子系統(tǒng)的初始方案；分析初始方案對其它子系統(tǒng)所產(chǎn)生的副作用或不利影響，明確沖突；解決沖突；重復（1）-（4）。16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線9.向復雜系統(tǒng)進化定律技術路線9-1：單—雙—多進化路線

16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線技術路線9-2增加部件多樣性進化路線同質(zhì)性性能改變非同質(zhì)反向特性16-2技術系統(tǒng)進化定律與進化路線10.技術